行星减速器机械效率测量仪设计本科毕业设计(编辑修改稿)

行星减速器机械效率测量仪设计本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

心，测试系统采用 PCI9111 数据采集卡实现数据采集处理功能。 PCI9111 是基于 PCI 总线的 12 位的低损耗多功能采集卡，采集速率可达 100kHz，拥有 16 个数据采集通道，该卡提供 LabVIEW 语言的强大编程接口，使用方面。 系统实现了 LabVIEW 语言与 PCI9111 数据采集卡之间的完美结合。 下图是行星减速器机械效率测试系统 硬件构成示意图： 合肥工业大学本科毕业设计 6 这个测量方案采用了 虚拟仪器图形编程语言开发的行星减速器机械效率测量系统，包括测量原理和方案。 测试程序遵循面向对象的编程原则，采用由上至下的设计方法和模块化程序设计思路，实现了完整的测试功能。 系统的构成不仅降低了设备成本，而且提高了测试工作的自动化水平和可靠性。 此设计方案中各个主要部件都需要在装配时，各中心线尽量都在一条直线上，保证同轴度，避免由于转动带来的振荡，以致于影响各传感器的测量结果，最终给得到的结果带来很大的误差。 合肥工业大学本科毕业设计 7 3 部件的选择 我设计的行星减 速器机械效率测量仪的结构较为 简单，机械部分的主要部件有：驱动电动机、两个转矩转速传感器、高速区的联轴器、行星减速器和制动负载等。 驱动电机的选择 驱动电机的主要工作是驱动行星减速器，带动整个机械效率测量系统正常运作。 由于整个仪器是一个效率测试试验台，每次测量都需要进行多组试验，需要对输入电压等已知信号不断变化，测量出行星减速器在各种输入电压下的机械效率，以便于我们更加全面得到行星减速器在各种条件下的机械效率，使测量更加完善，结果更加有用于 行星减速器在 实际的生产生活 中应用。 此外，测量需要有很高的精度，这就需要电动机的电压 控制的精度达到一定的要求。 日常生活中，应用最多的电动机主要有 单相异步电动机、 三相异步电动机、步进电 机、 伺服电 机 、永磁直流电机 等。 以下是各电动机的 工作原理和特点 ： 单相异步电动机是靠 220V 单相交流电源供电的一类电动机，其由定子、转子、轴承、机壳、端盖等构成。 在交流电机中，当定子绕组通过交流电流时，建立了电枢磁动势，它对电机能量转换和运行性能都有很大影响。 所以单相交流绕组通过单相交流产生脉振磁动势，该磁动势可分解为两个幅值相等、转速相反的旋转磁动势 和，从而在气隙中建立正转和反转磁场和。 这两个旋转磁场切割转子导体，并分别在转子导体中产生感应电动势和感应电流。 该电流与磁场相互作用产生正、反电磁转矩。 这两个转矩叠加起来就是推动电动机转动的合成转矩。 单相异步电机的功率比较少，主要制成小型电机，而且使用的电源单一，使用范围有限。 三 相 异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生的电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量转换。 与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。 按转子结构的不同，三相异步 电动机可分为鼠笼式和绕线式两种。 鼠笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到广泛的应用，其主要缺点是调速困难。 绕线式 三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。 调节变阻器电阻可以改善电动机的启动性能合肥工业大学本科毕业设计 8 和调节电动机的转速。 步进电机相对普通电机来说，它可以实现开环控制，即通过驱动器信号输入端输入的脉冲数量和频率实现步进电机的角度和速度控制，无需反馈信号。 但是步进电机不适合使用在长时间同方向运转的情况，容易烧坏产品，即使用时通常都是短距离频繁动作较佳。 一般步 进电机的精度为步进角的 35%，且不累积。 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点。 步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。 在它的作用下，电机随频率的增大而相电流减少，从而导致力矩下降。 步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。 伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。 伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。 伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小 、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。 伺服电机可分为直流伺服电机和交流伺服电机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。 直流伺服电机容易实现调速，控制精度高，但维护成 本高、操作麻烦；交流伺服电机维护方便，但价格高，精度没有直流的好。 同步进电机相比，伺服电机的伺服精度高，转速范围大，额定转速内恒扭矩输出，多种控制模式；步进精度低，转速范围小，控制模式只有脉冲，扭矩根据电流可调。 永磁直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。 它是由一块或多块永磁体建立的直流电动机。 电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。 电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。 驱动器由功率电子器件和 集成电路等构成，其 功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止、制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。 主电路是一个典型的电压型交 直 交电路，逆变器提供等幅等频 526KHz 调制波的对称交变矩形波。 由于永磁直流电机是以自合肥工业大学本科毕业设计 9 控是运行的，所以不会像变频调速下重载启动的同步电动机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。 永磁直流电动机有一定的缺点。 其寿命没有异步电机的长，因为永磁电机 有永磁体，其磁性会慢慢减弱，会达不到额定功率。 但永磁直流电动机可以提供较大的扭矩，而且节能效果和转速方面都比异步电机好。 综上所述，各种电动机都有着各自的优缺点，适用范围也不尽相同。 行星减速器机械效率测试仪的电动机不需要特别大的输出功率，只需要能便于调控输入电压，继而实现控制转速的作用，而且电动机要与相关的电气装置连接，便于记录相关的电压数值。 我采用的电动机是交流电机，型号是 51K40AS3T。 这种电动机散热性能好，可用于长期运作的环境中；机体重量轻、振动小、噪音低 而且还具有防水、防尘、防腐、节能、高性能、高效率和使用寿命长等特点，是普通电机无可替。